千噸級分體式架橋機設計研究及應用*

溫 鵬，張光明

（1.中鐵十一局集團有限公司，武漢 430061；2.中鐵十一局集團漢江重工有限公司，湖北襄陽 441006）

0 引言

我國高鐵橋梁以24 m、32 m 預應力混凝土簡支箱梁為主，為進一步發揮高速鐵路“綠色、智能、經濟、生態保護”的技術優勢，增大簡支箱梁的跨度，建造技術的智能化和信息化是高鐵橋梁的發展方向。2013 年《鐵路主要技術政策》（原鐵道部第34 號令）第38 條指出：“開展大跨度橋梁研究”，中國鐵路總公司（以下簡稱“鐵總”）《鐵路工程設計措施優化指導意見》（鐵總建設〔2013〕103 號文）規定：“梁部結構宜采用預應力混凝土結構并以簡支為主”，這是我國高鐵大跨度簡支梁發展的政策依據和技術導向，也是高鐵橋梁的發展方向。2016 年，鐵總設立重大課題《高速鐵路大跨度簡支梁建造關鍵技術研究》，對40 m 簡支箱梁的建造技術開展研究[1-3]，并將40 m簡支箱梁進行試點應用。

40 m 大跨度簡支箱梁與32 m 箱梁相比，長度增加8 m、截面變大、質量近1 000 t，研發設計時，在滿足強度、剛度、穩定性等安全可靠的基礎上，要充分考慮隧道通行、大坡度、小曲線、隧道口近距離架梁等特殊工況，并兼容32 m、24 m 箱梁運架。基于此，國內許多專家、學者開展了千噸級配套設備的研究，萬鵬[4]、郭春暉[5]、梁盼盼[6]、陸慧[7]分別對高鐵1 000 t/40 m 梁昆侖號架橋機總體方案、驅動系統、走行系統、起吊系統等進行了研究；安志剛[8]等開展了1 000 t/40 m 梁昆侖號架橋機結構試驗研究；李方柯[9]等研究了1 000 t/40 m 梁昆侖號架橋機對高鐵簡支梁的適應性；唐坤元[10]等開展了1 000 t/40 m 過隧運梁車設計研究；郭吉祥[11]對1 000 t 輪胎式搬梁機研究與分析等。

40 m 大跨度簡支箱梁建造技術及配套設備研究之前，世界各國均未開展40 m 及以上跨度箱梁橋建造技術研究，相關施工設備的研制和應用還處于空白。本文結合32 m 簡支箱梁配套設備設計研究經驗、施工技術要求、以及相關研究成果等，研究開發了1 000 t 分體式架橋機，解決了隧道出口3 m、隧道進口-40 m 架梁等技術難題，提高了施工工效及安全性。該設備在南沿江城際鐵路投入使用以來，性能穩定、效率高、安全可靠，具有很好的推廣應用前景。

1 千噸級分體式架橋機組成及關鍵技術

1.1 分體式架橋機組成

千噸級分體式架橋機采用一跨式結構，主要由主梁總成、前支腿、后支腿、輔助支腿、起重小車、起升機構、動力系統、液壓系統、電氣系統等組成。架橋機后支腿采用液壓均衡以降低喂梁高度并達到降低整機高度的目的；起重小車走行系統采用重型移運器替代傳統的鋼質車輪或減摩板，以利于隧道口低位架梁。架橋機結構圖如圖1所示，主要技術參數如表1所示。

圖1 分體式架橋機

表1 分體式架橋機主要技術參數

（1）主梁采用雙梁箱型結構，中心距6 m，總長90.5 m，主梁分6個節段，滿足公路運輸條件。主梁上設有起重小車軌道及前支腿托輪機構、掛輪機構、水平導向輪機構軌道。

（2）前支腿由后托輪總成、前托輪總成、掛輪組、水平輪組、支腿結構、翻轉折疊機構、升降機構、橫移機構、加高節等組成。主支腿和下墊梁間可發生輕微轉動，滿足曲線梁橋的架設需要。

（3）后支腿采用O 形結構，由馬鞍梁、上橫梁、加高節、下曲梁、走行及升降機構等組成。后支腿所有走行機構設有液壓均衡機構，能適時均衡。

（4）輔助支腿由支腿結構、頂升油缸、翻轉機構等組成，主要作用是輔助架橋機過孔。

（5）起重小車由小車架、走行機構、動滑輪組、定滑輪組、吊具等組成。架橋機設有前、后兩臺起重小車，兩臺小車共同抬吊整孔箱。

（6）起升系統由4 臺卷揚機及鋼絲繩、鋼絲繩端固定組件、平衡組件等組成。采取四點取吊三點平衡的方式進行吊梁作業。

（7）動力系統配置一臺300 kW 發電機組提供施工動力及照明，也可外接電源施工。

1.2 分體式架橋機關鍵技術

分體式架橋機可以滿足時速350 km和時速250 km的高速鐵路及客運專線20 m、24 m、32 m、40 m 等雙線整孔箱梁的架設作業，并能實現隧道出口3 m、隧道進口-40 m 架梁。適應線路最大縱坡30‰、最小曲線半徑2 000 m。分體式架橋機主要關鍵技術如下。

（1）自動插拔銷技術：在頻繁拆裝鋼銷處安裝插銷油缸，采用遙控系統對油缸控制，同時對限位進行監測，實現鋼銷自動插拔。

（2）走行均衡技術：架橋機后支腿走行機構采用液壓均衡裝置，使后支腿底橫梁頂面距離地面高度降低至1.3 m，實現隧道口架梁需求。

（3）快速變跨技術：架橋機主支腿安裝有掛輪機構，可快速自行移動就位，實現了不同跨度架梁要求。該機變跨最為快捷，是目前國內變跨最快的架橋機。

（4）自動變形技術：架橋機上設置自動翻轉、折疊機構，可遙控操作，快速拆解可直接利用配套千噸級運梁車馱運過隧。

（5）實時監控技術：利用高清紅外網絡攝像頭監控關鍵部位，實現實時視頻在線監控和遠程監視；利用壓力傳感器、轉速傳感器等實時監控設備運行狀態，不僅實時呈現故障診斷信息，還為設備安全施工起到了預警作用等。

（6）信息化管理系統：實時監控數據通過控制系統預留的遠程監控接口傳輸至信息化平臺，可以實現對設備運行狀態、施工進度等實時監控。

2 分體式架橋機施工作業流程

分體式架橋機施工作業流程主要包括架梁施工流程、架橋機過孔等，具體如下。

（1）架梁施工作業流程：運梁車運梁就位，頂升梁片并將馱梁機構駛入箱梁底部；馱梁機構將梁片前移、架橋機前起重小車取梁，并與運梁車后馱梁機構同步拖拉喂梁；后起重小車取梁；前、后起重小車同步喂梁，運梁車返回梁場裝梁；起重小車完成落梁，并澆筑砂漿。

（2）架橋機過孔作業流程：架橋機架梁完成，準備進行過孔作業；架橋機前行并支撐輔助支腿使前支腿脫空；前支腿前行至前方橋墩，收縮輔助支腿，使前支腿支撐；架橋機第二次前行到位并翻折輔助支腿，過孔完成。

3 工業試驗與應用

3.1 工程概況

南沿江城際鐵路是中國江蘇省境內一條正在建設的鐵路線路，最高設計速度350 km/h。起于南京南站，止于太倉站后利用滬蘇通鐵路進入上海樞紐，正線全長278.53 km。江蘇南沿江城際鐵路是繼鄭濟高速鐵路、福廈鐵路試驗使用40 m 簡支箱梁后，中國第一條正式大規模采用此新型梁建設的高速鐵路。南沿江城際鐵路10個站前標段中有2個標段采用了40 m箱梁，共計869榀。

3.2 工業試驗測試

為驗證千噸分體式架橋機設計指標，按照型式試驗要求，逐項進行空載試驗、額定荷載試驗、靜載試驗、動載試驗、安全保護裝置試驗、鋼結構強度試驗（應力測試）等。本文以千噸分體式架橋機靜載試驗為例進行測試分析。

針對架（喂）梁典型工況，在1.1 倍額定荷載作用下對架橋機結構變形及應力進行測試。如圖2（a）所示，沿架橋機主梁縱向布置豎向變形測點9 個、應變測點24 個；圖2（b）所示，架橋機主梁選擇3 個應力測試斷面，即S1、S2、S3 斷面。通過各工況主梁變形測試結果可以看到，當前車吊點位于跨中時，主梁跨中下撓最大為88.9 mm，小于理論計算結果89 mm，符合設計規范要求。當前車吊點位于跨中時，選擇最惡略工況斷面進行分析，即主梁S2斷面處應力測試結果顯示，主梁跨中應力最大為202.2 MPa，同樣符合設計規范。如圖3所示。

圖2 架橋機主梁變形及應力測點布置

圖3 各工況主梁實測變形結果

3.3 工程應用效果

高速鐵路40 m 預應力混凝土簡支箱梁分體式運架設備，主要由千噸分體式架橋機和U 型運梁車組成。該型號運架設備進行箱梁架設至今，已完成架梁160 余榀。千噸分體式運架設備具有行駛安全性能好、調頭效率高、變跨快捷高效、監控中心遠程監視等優勢，大大減少了人力、物力等投入。如圖4所示。

圖4 千噸分體式架橋機

4 結束語

本文在32 m簡支箱梁配套設備設計研究經驗基礎上，結合工程施工技術要求及工況等，研究開發了1 000 t 分體式架橋機。該設備投入使用以來，性能穩定、操作便捷、施工效率高、安全可靠，現場反映良好，贏得用戶好評。該設備成功研制，非常有助于完善我國具有獨立知識產權的高速鐵路橋梁建造技術體系，對于我國高速鐵路長期發展和實現“走出去”戰略具有積極推動作用。